PDF file

- 11 C-3) - İZMİR (KARABAĞLAR)-URLA EKSPRES YOLU ÜZERİNDEKİ BALÇOVA
TÜNELİ JEOFİZİK ÇALIŞMALARI
1. GİRİŞ VE AMAÇ
İzmir-Urla ekspres yolu üzerindeki açılımı düşünülen Balçova tüneli ekseni üzerinde
ve yüzeyden derin rezistivite ve sismik –refraksiyon çalışmalarını içeren bir jeofizik araştırma
programı uygulanmıştır. Bu çalışmalar Şekil-1 deki haritalar üzerinde belirlenen tünel ekseni
boyunca ve tünel eksenine dik olarak yapılan açılımlarla (dar ve geniş off-setli sismik
refraksiyon çalışmaları) P ve S dalga hızlarının bulunmasına yöneltilmiştir. Zira hız
parametreleri temel kayanın kompaktlığı ve çimentolaşma derecesiyle yakından ilgili
olduğundan kazım çalışmalarından hemen önce tünelin hangi kesimlerinin sağlam veya hangi
kesimlerinin çok zayıf olduğuna ışık tutulmalıdır. Ref (1).
Ayrıca tünel ekseni üzerinde çeşitli hatlarda Manyetik (Ege Üniversitesinden temin
edilmiştir) ve Radyoaktif aletlerle (M.T.A İzmir Bölgesinden temin edilmiştir) ölçümler
alınmıştır. Sunulan bu ön raporda sadece tünel kazım çalışmaları sırasında faydalı olabilecek
parametreler ve ön bilgiler sunulacaktır. Detaylı bilgiler esas jeofizik raporda sunulacaktır.
Ayrıca sismik zaman-mesafe diyagramları ve rezistivite-derinlik eğrileri de söz konusu esas
raporda yer alacaktır.
2. İSTATİSTİKİ BİLGİLER
Balçova tünel ekseni boyunca yüzeyden yapılan jeofizik çalışmalarla 24 noktada
toplam 3000 metre elektrik sondajı yapılmıştır. 24 noktada off-set mesafesi (dinamitin
patladığı nokta ile ilk jeofon arası mesafesi) etüt edilecek derinliğin durumuna göre 2 ile 300
metre arasında seçilmiş ve özellikle tünel kazımının gerçekleşeceği seviyede hem P ve hem de
S dalgalarını elde edilmesine çalışılmıştır. Söz konusu jeofizik çalışmalar km. 6+310 – 6+800
arasında tamamlanmıştır.
3. BALÇOVA –POLİGON (ÜÇKUYULAR YÖRESİNİN) JEOLOJİSİ
3.1. GENEL JEOLOJİ
: 1:5000 Ölçekli Jeolo0ji Haritasına bakıldığında, tünel
yapılacak yerde mesozoik yaşlı birimlerin olduğu görülür. Anılan yerin, Dr. hasan Gümüş
tarafında 1:25000 ve yersel 1:10000 ölçekli jeoloji haritası yapılmıştır. Ref(4). Yörenin
jeolojisine geçmeden bölgesel litoloji istifinin bir çok araştırıcıların bulgularına dayanarak
şöyle olduğu saptanmıştır.(Şekil-2a,b,c,)
1.Kristali (metamorfik) şistler , kuvarsitşist-muskovit-şist biotitşist, kloritşist, serijitşist
v.s. (Menderes Masifi örtü şistleri).
2. Şistler üzerinde tamamen konkordan gelen mermerler
3. Mermerler üzerine diskordan olarak kireçtaşı veya filiş gelmektedir. Kireçtaşı ve
flişin yaşının üst kretase olduğu saptanmıştır. Araştırıcılar arasında kireçtaşı mı altta ? Filişmi
altta konusunda görüş ayrılığı vardır. (bakınız Şekil-3).
4.Kretase yaşlı birim üzerine konglomera ile başlayan kumtaşı+konglomera+çamurtaşı
şeklinde ardalanmalı orta miosen yaşlı birimlerle killi-kireçtaşları (marn) gelmektedir.
Marnlar volkanik tüf ve lavlarla yersel ardalanmalıdır.
5. Andezit-tüf –aglomera ve Riyolitler
sedimanter litolojileri diskordan olarak
örtmektedir.
3.2. STRATİGRAFİ : Anılan yöre; tamamen filişle örtülüdür. Filiş+kumtaşı+şeyl
karmaşığı olarak düşünülmüştür. Kumtaşı ve şeyl tabakaları birbirine dik geçişli olup,
kalınlıkları yersel çok değişkendir. Düzenli bir sıralanma gözlenmez. Kumtaşı ve şeylden
oluşan filişte kalınlık 800-1000 m.dir.
Güney ve güneybatıda bu rakam 1600m. ye
ulaşmaktadır. Manisa bölgesinde filişin kalınlığı 4000 m.ye ulaşmaktadır. Filişin içinde yersel
olarak kırıklar (faylar) boyunca yüzeye ulaşmış diyabaz, spilit ve serpantinitler gözlenebilir.
Ayrıca filişin içinde taşınmış kireçtaşı, diyabaz, kumtaşı, çört blokları yer almaktadır. Bu
blokların uzun eksenleri 2 m. ile 50 m. arasında değişmektedir. Özellikle kireçtaşı blokları
rekristalize olmuş kalın katmanlı, gri renklidir. Düzenli bir yön göstermemektedirler. Filişin
içinde görülen kireçtaşı görüntüleri (Çatalkaya, Payamlı’da ) merceksel konumludur. Bu
merceklerin kot yönünden farklı seviyelerde bulunduğu çalışmalar sonunda saptanmıştır. Bu
kireçtaşları açık renkli, ince taneli olup, fosil içermektedirler. Bununla beraber yersel olarak
koyu renkli plaketli kireçtaşları ve konglomeralar filiş içinde ardışıklı olarak yer almaktadır.
3.3 YAPISAL JEOLOJİ : Balçova ve Poligon yöresinde litoloji birimlerinde belirli
yönde doğrultu ve eğim görülememektedir. Bununla beraber genellikle eğimlerin ortalama
42o NW olduğu söylenebilir. Filişin fasiyes özelliğinden ve kalınlığından dolayı çok kırılgan
olduğu gerçektir. Kumtaşı ve şeyl birimlerinde dinamometamorfizma izlerini görmek
olağandır. Filiş, Alpin orojenezinin etkisinde kalarak kıvrımlanmıştır. Yörede önemli kırıklar
olmamasına karşın, bölgede saptanan fayların doğrultuları genellikle NE-SW yönündedir. EW yönlü fayların varlığından da söz edilebilir. Tersiyer başında Alpin hareketlerin şiddetinin
azalmasıyla yöre ve bölge az etkilenmiştir. Bununla beraber Batı Anadolu’nun jeoloji
evrimine paralel olarak kuvarterner başına kadar etkilenmiş ve etkilenmektedir.
4. JEOFİZİK ÇALIŞMALAR
Jeofizik çalışmalar tüm tünel ekseni üzerinden Sismik, Rezistivite, Manyetik ve
Radyoaktif yöntemleri kapsamaktadır.
Alınan profiller tünel eksenine dik ve topografik meyilin en az olduğu hatlar boyunca
tamamlanmıştır. Derin sismik-refraksiyon atışları için 12 kanallı S.I.E. firmasınca imal edilen
sismik refraksiyon cihazı kullanılmıştır. Sismik refraksion cihazına jeofon aralıkları 15 metre
olan jeofon kablosu bağlanmıştır.
Aynı anda kayıt yapacak tarzda “Engineering Seismograph” cihazıyla kesme veya Sdalgası elde edilmiş ve 6 ayrı kanal üzerinde S-dalga varışları belirlenmiştir.
Etüt sahasından laboratuara getirilen numuneler üzerinde yapılan denemeler, ancak
sağlam karotlar üzerinde tamamlanabilmektedir. Etüt sahasında irili ufaklı birçok fay ve
ezilme zonlarının mevcut olması ve bu malzemelerin, tüneli temsil edebilecek gerçek
vasıflara sahip olmaları, yerinde yapılacak çalışmaların önemini daha da artırmaktadır.
Dinamik elastisite modülünün sadece laboratuar şartları altında değil, fakat aynı zamanda
sahadaki jeolojik birimleri gerçek tektonik ve litolojik şartları içerisinde etüt edilmelerinde
zorunluluk ve yarar vardır.
Mühendislik Jeofiziği tatbikatlarında en önemli parametreler, dinamik Poisson oranı, P
ve S dalgaları hızlarıdır. Ancak bu değerler ve ayrıca yoğunluk bilindiği takdirde Ed yani
dinamik elastisite modülünü hesaplanabilir.
P ve S dalgalarının kayıt üzerinden varış
zamanları hesaplanarak, zaman –mesafe diyagramları teşkil edilmelidir. Bu diyagramların
yapımında amaç, gerek P ve gerekse S dalgası hızlarının bulunmasıdır. Dalgaların varış
sürelerini, hassasiyetle okuyabilmek için büyütmesi 50 olan “Leitz” marka bir mikroskop
kullanılmıştır. Bu şekilde zaman-mesafe eğrilerinin üzerindeki hız değerlerinin hassasiyetle
hesaplanması mümkün hale gelmiştir.
Dinamik Elastisite modülünün hesaplanması için aşağıdaki formüller kullanılmıştır.
Ed = Vp2.ρ. [ (1-2µ)(1+µ) / (1−µ) ]. (105 / 9.81) kg .cm-2
Burada Ed = Dinamik Elastisite modülü (kg/cm2), ρ =kayanın yoğunluğu (gr/cm3), µ =
poisson oranı, Vp=P dalga hızı (km /sn), Vs=S dalga hızı (km /sn),
Masuda (1962) , Kudo (1960) kayaların dinamik özelliklerine dayanan ve çatlak
katsayısı olarak bilinen bir K katsayısı ile temel durumu ilişkilerini aşağıdaki biçimde ifade
etmektedir.
K
TEMEL DURUMU
0-0.25
SINIFI
Çok İyi
A
0.25-0.50
İyi
B
0.50-0.65
Yeterli
C
0.65-0.80
Yetersiz
D
0.80-1.00
Kötü
E
Burada çatlak katsayısı (K)i laboratuarda bulunan en yüksek Dinamik elastisite
modülü değerinden, arazide yerinde saptanan dinamik elastisite modülü değeri farkının gene
laboratuarda bulunan elastisite modülü değerine oranına eşittir. Bu ifade kısaca aşağıdaki
tarzda belirlenebilir.
K = ( Edmax – Ed ) / Edmax
5. ALINAN NETİCELER VE YORUMLARI
Sismik refraksiyon ve rezistivite ölçü neticeleri tünel ekseni boyunca Şekil 3,4,5, ‘te
sunulmuştur. Her iki yöntemin beraberce tünel etütlerine uygulanmasının avantajı şu şekilde
açıklamak mümkündür. Bilindiği gibi bir formasyonun ihtiva ettiği suyun kondüktüvitesi ve
içermiş olduğu kil miktarına rezistivite kuvvetle tabidir. Ancak ölçülen sismik hız değerleri:
ne kondüktiviteye nede temel kaya içindeki kil miktarına tabi değildir. Her iki yöntemin
formasyonun litolojisinin aydınlanmasında tamamlayıcı yönde bir avantajları mevcuttur.
Örneğin Şekil-3 te Balçova tüne ekseni boyunca yüksek kil miktarı içeren ( X işareti ile
belirlenmiştir) bir seviye görülmektedir. Bu seviye mevcut 4 mekanik sondaj verileriyle
karşılaştırıldığında şunlar izlenmektedir:
1- 17-48 ohm.m rezistivite değerleriyele karakterize edilen jeolojik birimler andezitik
tüf, kiltaşı, kalker-marn-kiltaşı-kalker, fliş-kalker-gre-kiltaşı ve filiş şeklinde
sıralanma gösteren jeolojik birimlere tekabül etmektedir.
2- Kil miktarı yününden yüksek bu seviye bazen tünelin kazılacağı seviyenin çok
üstünde Örneğin P-4 noktasında olduğu , ve bazen de B-5 noktasında
görülebileceği gibi tünelin altındaki seviyelerden başlamaktadır.
3- Kil miktarı yüksek olan karkterize edilen bu seviyedeki temel kaya sismik yönden
incelendiğinde “yetersiz”, “çok iyi” olarak belirlenmektedir. Bu durum özellikle
“çok iyi” olarak belirlenen seviyelerde şu anlamı ifade edebilir: Örneğin S-1
mekanik sondajının veya P-1 elektrik sondajının gösterdiği kesitte temel kaya
içerisinde kırıklı zonlarda düşük rezistivite gösterebilecek kil miktarı fazla
seviyeler teşekkül etmiş olabilir. “Yetersiz” olarak belirlenen noktalarda örneğin
P-5 elektrik sondajı ve B-3 elektrik sondajının yapıldığı noktalarda rezistivite
değerleri 45-48 ohm.m olarak görülmektedir. Özellikle tünel kazımının yapılacağı
seviyelerde temel kayanın oldukça kırıklı ve kil içerdiği söylenebilir.
4- Derin rezistivite sondajlarının Şekil-3 üzerinde görülebildiği gibi derinlerde 17003200 ohm.m rezistivite değerleriyle karakterize edilen rezistif bir temel kayanın
mevcutiyetini ortaya koymuş bulunmaktadır. 85-130 m arasında derinliklerde
mevcut olduğu görülen bu kristalize kalker veya metamorfik şistin rezistivite
verileriyle oldukça düzensiz bir dalım gösterdiği saptanmıştır.
5- Tünel kazımının gerçekleşeceği seviyenin üstünde
bazen aynı rezistivite
değerleriyle (3000 ohm.m ye kadar) karakterize edilen seviyeler ortaya konmuştur.
Ancak Şekil-3’te P-7 ile B-1 noktaları arasında izlenen bu rezistif seviyeler
kamalanma şeklinde ve süreksiz, muhtemelen de kalker, marnlı fliş olabileceği
düşünülen jeolojik birimlerden ibarettir.
6- B-3 elektrik sondajı (veya S-2 mekanik sondajı) nın yapıldığı noktada 29 m
civarında yer altı suyu bulunmuştur. Derin rezistivite eğrilerinin yorumlanmasını
takiben yer altı su seviyesi Balçova kesimi için saptanmış ve kesik çizgilerle
gösterilmiştir. Bu verilerin ışığında yer altı su seviyesi Balçova kesiminde
yüzeyden itibaren 25-35 m arasında değişmektedir. Mevcut yer altı su seviyesinin
özellikle Şekil-5’teki temel durumunu belirleyen ve kesitte
“kötü” olarak
saptanmış bulunan B-8 , B-10, B-11 ve B-12 noktalarında tünel kazım çalışmaları
yapılacağı sıralarda önemli problemleri doğurabileceği düşünülmektedir. REF (1).
Sismik refraksiyon çalışmaları ve bunların yorumlamalarını takiben aşağıdaki neticeler
elde edilmiştir:
1. Daha önceden belirtildiği gibi ölçülen sismik hız değerleri formasyonun
çimentolaşma ve kompaktlık derecesine kuvvetle tabidir. Bu husus göz önüne alınırsa etüt
edilen Balçova tünelini dört ayrı grup altında incelemek yararlı olur.
a)
Şekil-4’te 1 no ile gösterilen P dalgasının 3000-7400 m/sn aralığında
değiştiği sismik seviye ,
b)
2000-3000 m/sn hızlarla karakterize edilen ve tünelin büyük bir kısmını
içine alan sismik seviye
c)
1300-2000 m/sn hızlarla karakterize edilen ve daha ziyade tünelin tepe
noktasında V şeklinde bir görünüme sahip sismik seviye
d)
91-350 m/sn sismik hızlarla karakterize edilen gevşek ve kolaylıkla
sökülebilecek bir zemine ait sismik seviye yer almaktadır.
2. Söz konusu 4 ayrı sismik hız zonunun tünel kazım çalışmaları sırasında daha faydalı
bir hale getirmek için aşağıdaki yaklaşım kullanılmıştır:
a)
Bilindiği gibi satıhtan yapılan sismik refraksiyon çalışmalarıyla bulunan
hızlar kayacın dinamik elastisite modülünün saptanmasına olanak
tanımaktadır. Ancak bunun yapılabilmesi için sağlam kayaların yerinde
veyahutta
laboratuarda
dinamik
elastisite
modüllerinin
bulunması
gerekmektedir. Daha önce bulunan ve Kudo, Masuda tarafından geliştirilen
yöntemlerle tünel kazımının gerçekleşeceği seviyede temel kayanın kırık
parametresi saptanmıştır. Sonuçlar Şekil-5’te özellikle tünel açılımının
gerçekleşeceği seviyeler için bulunmuş ve aynı şeklin sağ üst köşesindeki
yöntem uygulanmıştır. Sağlam bir kaya için bulunmuş olan dinamik
elastisite modülü 370769 kg/cm2 olarak bulunmuş ve kırık parametresi bu
değer göz önüne alınarak hesaplanmıştır.
b)
Şekil (5)’ten çıkarılan neticeler şu şekilde sıralanabilir:
Özellikle Balçova kesiminde kazım çalışmalarının yapılacağı kesimlerde
zemin “kötü” ,olarak belirlenmiştir. Ancak “iyi” olarak belirlenen seviyeler
B-9 ve B-11 noktalarında görülmektedir. B-7,B-6,B-5 noktalarında temel
kayanın “iyi-çok iyi” olduğu göze çarpmaktadır. B-3,B-2,B-1 noktalarında
temel kayanın “yetersiz-çok kötü”olarak belirlendiği dikkati çekmektedir.
P-2 ,P-3 noktalarında temel kaya “çok iyi” olarak belirlenmektedir. P-4, P-5
, P-6 noktalarında temel kayanın “yetersiz” olarak tarif edildiği, P-7 ,S-4 ,
P-9 noktalarında temel kayanın “iyi “olduğu P-11 noktasından sonra ise
“yetersiz”
zemine
girildiği
yapılan
bu
çalışmalarla
saptanmış
bulunmaktadır.
3. Bilindiği gibi temel kaya içerisinde yer altı su faaliyetlerinin olması açılacak bir
tünelde kazım çalışmalarını ve tünelin stabilitesini önemli şekilde etkilemektedir. Bu nedenle
açılmamış bir tünelin yüzeyden yapılan sismik çalışmalarla su muhtevası yönünden durumu
araştırılmış ve Şekil (6)’da gösterilmiştir. Bu grafiğin izahına geçmeden, daha önce yapılmış
çalışmaların bu konuya yaklaşımının incelenmesinde yarar görülmektedir.
Bilindiği gibi P-dalga hızının yüksek olduğu durumlarda kayanın kuru değilse su ile
doygun olduğu anlara rastlanmaktadır. Halbuki S-dalgası hemen hemen aynı değerlerde elde
edilmektedir. Yapılan çalışmalar [REF (5)] kuru kayalarda Vp / Vs oranının su ile doygun olan
kayalara nazaran daha az olduğunu göstermektedir. Şekil (6)’daki grafiğin çiziminde şöyle
bir yol takip edilmiştir. Düşey eksende Vp / Vs oranı, yatay eksende ise Dinamik-Poisson
oranı işlenmiştir. Tünelin özellikle kazım çalışmalarının gerçekleşeceği seviyelerdeki noktalar
ve bu noktalara ait dinamik elastisite modülü, temel durumu belirten parametreler ve
formasyon gerçek rezistiviteleri grafik üzerinde belirlenmiştir. Grafikten açıkça görülebileceği
gibi en düşük Vp / Vs oranının elde edildiği B-1 noktası kuru bir temel kayaya tekabül etmekte
ve dinamik elastisite modülü düşük olarak elde edilmekte rezistivitesi ise 27 ohm.m olarak
belirlenmektedir. Bu seviye temel durumu yönünden “kötü” olarak belirlenmiştir. Vp / Vs
oranının en büyük olduğu B-9 noktasında dinamik elastisite modülü 196831 kg/cm2,
formasyon gerçek rezistivitesi 99 ohm.m, temel durumu “iyi” olarak belirlenmektedir. Daha
önce
yapılan çalışmalar göz önünde bulundurulursa bu noktanın yüksek Vp / Vs oranı
nedeniyle suya doygun olması beklenebilir. Şekil (3) te B-9 noktası seviyesinde yer altı suyu
seviyesinin yukarıda belirlenen formasyonu etkisi altına aldığı rahatlıkla söylenebilir. Şekil
(6) ‘dan çıkartılan diğer dikkate değer bir netice P-4,P-5,B-8,B-12,P-10 ve ayrıca mostra
üzerinde yapılan kristalize kalkere ait bir değer eğrinin dönüm noktası civarında
yoğunlaşmakta olmasıdır.
Sismik hızlardan formasyonun doygunluk derecesinin aydınlatılması yeni bir araştırma
konusu olup, tünel kazım çalışmalarını takiben çok daha yararlı bilgiler sağlanacak ve bu
hızlarla doygunluk derecesi arasındaki ilişki daha sağlıklı biçimde kurulabilecektir. Bu yolda
alınacak neticelerle ileride açılmamış bir tünelin nerelerinin daha büyük doygunluk gösterdiği,
nerelerinin kuru olabileceği konusu önceden bilinecektir.
4. Caterpillar firmasınca hazırlanan sismik P-dalgası hızıyla formasyonların hangi
riperlere sökülebileceği konusunda grafikler tanzim edilmiştir. Bu grafiklerin kolaylıkla hangi
riper türünün temel kayayı ne seviyede kazabileceği konusu belirlenebilir. Ayrıca bu
grafiklerde dinamitle kazılabilecek seviyeler ve bunları karakterize eden hızlar karakterize
edilmiştir. REF (6). Bu bilgiler gözönünde tutulduğunda Balçova kesiminden girişteki B12,B-11,B-10 noktalarında 2033-2569 m/sn hızlarla karakterize edilen seviyeler D9G
riperiyle kazılabileceği ancak bu noktaların D8H ve D7F riperleriyle sökülemeyeceği
Caterpillar firması tarafından sunulan grafiklerden çıkartılmıştır.
6. SONUÇ VE TAVSİYELER
Daha önce yapılan jeofizik çalışmalar göstermiştir ki REF (1) ,özellikle tünel kazım
çalışmalarından önce yapılan sismik çalışmalarla zeminin stabilitesi önceden tahmin
edilebilmektedir. Zigana Tüneli içerisinde yapılan çalışmalar sırasında P-dalgası hızının 2193
m/sn olduğu ve kırık parametresiyle “kötü” olarak tarif edildiği yapıların dinamitleme
sırasında tamamen çökerek önemli problemler çıkardığı bilinmektedir. Özellikle B-12, B-10,
B-3, B-1 noktalarında benzer durumların mevcudiyeti tünel kazımı sırasında, tünel
stabilitesini koruyucu yönde tedbirlerin alınarak çalışmalara devam edilmesini zorunlu
kılmaktadır. Tünel boyunca sadece düşey olarak değil aynı zamanda yatay olarak da önemli
çimentolaşma derecesindeki değişmeler (ki bunlar farklı değerlerinin mevcudiyetiyle
saptanmıştır.)
tünel
kazımı
sırasında
dikkate
alınarak
tünel
kazım
çalışmaları
programlanmalıdır.
REFERANSLAR
1-) KURAN Uğur; 1979 , Zigana Tünelinde S-dalgasının elde edilmesi ve kayaların
dinamik elastisite modülünün yerinde ve laboratuarda saptanması,
2-) MASUDA, H., 1962, Geophysical Exploration and Measurements of Physical
Properties of The Rocks CRIEP.
3-) KUDO, Shin-lehi ; 1960, Survey on foundation Rocks of Dams by Geophysical
Methods. PWRI, JAPAN
4-)GÜMÜŞ, Hasan, Ş.ŞİMŞEK, S. YILMAZER ; 1976, URLA-İZMİR-SEFERHİSAR
Jeotermal Sahasının Jeolojisi ve Jeotermal Olanakları. MTA Derleme.
5-) ANDERSON, Don1. and WHITCOMB, J.H ; 1975, Time –Dependent Seismology
J.G.R Vol.80, No :11
6-)BAILEY D.Allen, Rock Types And Seismic Velocities Versus Rippability, Nımbus
Instruments.